蓝绿双发射碳化聚合物点的合成与应用

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碳化聚合物点是碳点材料体系中的一个新的分类,由未完全发生碳化的核心结构和少量保持的表面聚合物结构所构成。在具有碳点本身的原料来源广泛、合成方法简单、发光性能优异、毒性较低及生物性能良好等诸多优点外,还兼具一些聚合物的光电特性,使其在生物医学、光电设备、生物传感、离子检测、信息加密及防伪等诸多应用领域都展示出独特潜力。与此同时,相对更为复杂的超分子构型也为其结构性能关系的研究带来了新的挑战,在发光机制的探索上需要更加仔细的分离纯化及表征分析。在调控碳化聚合物点光学性能过程中的常用手段是增加其前驱体的丰富性,即以引入多种碳源增加其结构的多变性来获得最终产物的性能变化。然而,复杂碳源体系在带来产物结构丰富性的同时,也为碳点的聚合机制及超分子构型分析构成障碍。针对这一问题,本论文从简化制备原料这一角度出发,以间苯二胺的聚合碳化作为研究主体,着眼于单一组分不含碳的无机酸对于碳化聚合物点的结构影响,展开荧光性能调控、聚合机制分析及应用研究。具体工作如下:1.蓝绿双发射碳化聚合物点的制备及其双发射行为的调控。以间苯二胺为前驱体材料,浓硫酸为添加剂,采用溶剂热法在180℃合成了蓝绿双发射碳化聚合物点(m-PDs)。m-PDs在乙醇溶液具有强烈蓝绿色荧光,提取出的碳化聚合物点的荧光量子效率最高能达到80.53%。其荧光发射峰位于444 nm及510 nm处,具有激发非依赖性发光特征,随着实验条件的改变,该碳化聚合物点的蓝绿发射峰的相对强度呈现规律性变化,通过进一步的结构表征我们发现这种变化来源于核心结构碳化程度的不同所引起。此外,m-PDs的发光具有明显的聚集诱导红移现象,不良溶剂水的引入会导致其荧光光谱发生红移,由蓝绿双发射转变为绿光发射为主,这一特性将在一些未知比例混合溶剂的检测中实现应用。2.磷光寿命连续可调的碳化聚合物点-缩脲复合体系构筑。固态发光材料在防伪技术及指纹显影等领域有非常广阔的前景,但由于团聚诱导荧光猝灭效应,碳化聚合物点自支撑粉末在很多情况下发光很弱,本研究通过构建碳化聚合物点-缩脲复合体系,探索碳化聚合物点-缩脲复合材料在高级防伪中的应用。以前期制备的蓝绿双发射碳化聚合物点为基础,加入尿素复合,得到长余辉磷光寿命连续可调的固体发光复合材料体系。固体发光材料在日光下为淡黄色,365 nm紫外灯下呈现蓝绿色,480 nm蓝光下为蓝色,460 nm绿光下为蓝绿色。利用复合材料独特的双余辉性质及可调磷光寿命等优点,应用于防伪及信息加密领域中。
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